(57)【要約】  【課題】  エアエジェクタを有する下金型を用いる燃料電池セパレータの製造方法であって、生産性が高く、燃料電池セパレータを破損することがなく、効率よく該セパレータを取り出すことができる製造装置を提供することを目的としている。  【解決手段】  多数の凹凸状のパターンを有する上金型と該上金型に対応する多数の凹凸状のパターンを有する下金型とからなり、該下金型がその内部に気体を吹き出すエアエジェクタを複数有していることを特徴とする燃料電池セパレータの製造装置。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の凹凸状のパターンを有する上金型と該上金型に対応する多数の凹凸状のパターンを有する下金型とからなり、該下金型がその内部に気体を吹き出すエアエジェクタを複数有していることを特徴とする燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項２】
前記エアエジェクタが、前記下金型内に設置され、その内部を気体で加圧することにより該下金型又は該上金型との間に間隙を生じ、その間隙から気体を吹き出す請求項１記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項３】
前記エアエジェクタが、前記下金型の表面部に係止する先端部を有し、その後部に気体の加圧により該先端部を上下に可動することができる本体部からなる請求項１又は２記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項４】
前記本体部が、前記先端部に金型内部方向への力を与え、該先端部を下金型の表面部に係止するばねを有し、且つ該先端部が、該本体部の後方から気体で圧力を加えることにより下金型の表面部から乖離することからなる請求項３記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項５】
前記本体部が、前記先端部に前記下金型の外部方向に力を与えることにより該先端部を該下金型の表面部に係止するピストン部材からなり、且つ該先端部が、該ピストン部材に該下金型の内部方向に気体で圧力を加えることにより該下金型の表面部から乖離することからなる請求項３記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項６】
前記エアエジェクタが、前記下金型の隅部に設置されることからなる請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項７】
前記エアエジェクタが、成型される燃料電池セパレータの開口部相当部分を形成する前記下金型部分に設置されることからなる請求項１乃至６のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項８】
成形された燃料電池セパレータを取り出す吸着装置を有する請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項９】
前記上金型の内部に気体を吹き出すエアエジェクタを複数有している請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１０】
前記上金型の内部に請求項２又は３のエアエジェクタを有する請求項９記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１１】
前記上金型内のエアエジェクタが請求項４又は５の本体部を有する請求項１０記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１２】
上下の金型間に燃料電池セパレータ用材料を入れて加圧・加熱して成型し、成型後に上金型を離し、成形された燃料電池セパレータの底部に下金型のエアエジェクタから気体を吹き出し、該下金型から燃料電池セパレータを遊離させ、次いで該燃料電池セパレータを取り出すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項１３】
上下の金型間に燃料電池セパレータ用材料を入れて加圧・加熱して成型し、成型後に上下の金型を離し、成形された燃料電池セパレータの底部に下金型のエアエジェクタから気体を吹き出し、該下金型から燃料電池セパレータを遊離させ、次いで燃料電池セパレータの上面に吸着装置を吸着して該燃料電池セパレータを取り出すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項１４】
上下の金型間に燃料電池セパレータ用材料を入れて加圧・加熱して成型し、成型後に成形された燃料電池セパレータの上部に上金型のエアエジェクタから気体を吹き出した後、上金型を離し、次いで成形された燃料電池セパレータの底部に下金型のエアエジェクタから気体を吹き出し、該下金型から燃料電池セパレータを遊離させ、該燃料電池セパレータを取り出すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータの製造装置及び製造方法に関し、特に、成型後に金型から取り外す際に、エアエジェクタを使用して、燃料セパレータを破損することなく取り出すことができる製造装置と燃料電池セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、一般にガス拡散電極からなるアノードとカソードとで電解質膜を挟み、さらにこれらの外側をセパレータで挟んでなる構造をしている。アノードに接するセパレータはアノードに水素ガスを供給し、カソードに接するセパレータはカソードに酸化剤ガスとしての酸素を供給する。
上記燃料電池セパレータは、水素ガスや酸素ガスを透過させないガス不浸透性、 導電性、面精度すなわち、高い厚み精度が要求され、それらの性能が優れることにより燃料電池の性能が向上する。
従来燃料電池セパレータの製造法は、カーボンの粉末と、液状や粉末状の合成樹脂とを混合して原料を作り、これをプレス機又は射出成形機及び金型を用いて加圧・加熱して成型し、下金型に成型されたセパレータを例えばエジェクタピンの押し上げで金型から離反させて取り出すことにより行われている。
しかし、かかるエジェクタピンの力で成型されたセパレータを金型から離反させる場合、かなりの力を必要とするため、エジェクタピンの力により、比較的靭性が低い材料を成型した場合、セパレータの割れ、変形が生じるという問題がある。また、成型されたセパレータにその痕として０．２ｍｍ程度の段差部分が形成されることがある。
【０００３】
そこで、エジェクタピンを用いずに燃料電池セパレータを成型した後、該セパレータの周辺部に気体を吹き付けて金型から該セパレータを離反させ、次いで吸引装置により該セパレータを取り出すことにより、エジェクタピンによる問題を解決する燃料電池セパレータの製造法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、かかる製造法では、吸引装置がどの様な素材で、どの様な条件によって取り出すことができるのか明確に示されておらず、例えば該吸引装置の接合面が一般的に使用される金属や樹脂からなるものであると、それらの素材が剛直であるため穏やかに吸引装置を燃料電池セパレータに接合しても面にわずかなひずみがあっても該セパレータが割れてしまうという問題がある。また、かかる吸引装置の接合面が剛直であると、燃料電池セパレータとの密着度が低下するため、吸引しても吸着度が低く効率が劣ることになる。更に、成型された燃料電池セパレータの上方からエアーを吹き込むため、エアーによる剥離効果が充分でなく、生産性が高くない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４３７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エアエジェクタを有する下金型を用いる燃料電池セパレータの製造方法であって、生産性が高く、燃料電池セパレータを破損することがなく、効率よく該セパレータを取り出すことができる製造方法と、その製造方法を実施するための製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、多数の凹凸状のパターンを有する上金型と該上金型に対応する多数の凹凸状のパターンを有する下金型とからなり、該下金型がその内部に気体を吹き出すエアエジェクタを複数有していることを特徴とする燃料電池セパレータの製造装置に関する。
又、本発明は、上金型の内部にも気体を吹き出すエアエジェクタを複数有している上記製造装置に関する。
【０００７】
更に、本発明は、上下の金型間に粉末状の原料又はプリプレグを入れて加圧・加熱して成型し、成型後に上下の金型を離し、成形された燃料電池セパレータの底部に該下金型エアエジェクタから気体を吹き出し、該下金型から燃料電池セパレータを遊離させ、該燃料電池セパレータを取り出すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、下金型にエアを噴出することができるエアエジェクタを設けることにより燃料電池セパレータを破損することなく、しかも生産効率が高い燃料電池セパレータの製造装置及び製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の燃料電池セパレータの製造装置は、前記エアエジェクタが、前記下金型内、或いは更に前記上金型内にも設置され、その内部を気体で加圧することにより該金型との間に間隙を生じ、その間隙から気体を吹き出すことにより成型された燃料電池セパレータを金型から遊離させることにより取り出すことができる。
上記エアエジェクタとしては、前記下金型、或いは更に前記上金型の表面部に係止する先端部を有し、その後部に気体の加圧により該先端部を上下に可動することができる本体部からなるものを上げることができる。
かかる本体部は、前記先端部に金型内部方向への力を与え、該先端部を下金型及び上金型の表面部に係止するばねを有するものを上げることができ、該先端部が該本体部の後方から気体で圧力を加えることにより下金型及び上金型の表面部から乖離するように作動することができる。
また、前記本体部は、その先端部に前記下金型及び前記上金型の外部方向に力を与えることにより該先端部を該下金型及び該上金型の表面部に係止するピストン部材からなるものでもよく、該先端部が該ピストン部材に該下金型及び該上金型の内部方向に気体で圧力を加えることにより該下金型及び該上金型の表面部から乖離するように作動することができる。
【００１０】
次いで本発明を図面によって詳細に説明する。尚、本発明はかかる図面に限定されるものでない。
図１は本発明の燃料電池セパレータの製造装置の要部を示す図である。図１の装置は、プレス加工機に設置される上金型、気体を吹き出すエアエジェクタを有している下金型及び吸着装置を主体としている。
上金型１は、その下面に燃料電池セパレータの上面を形成する凹凸状の上金型パターン２が形成されている。一方の下金型３は、枠金型の部分も一体となり、上面には、燃料電池セパレータの下面を形成する凹凸状の下金型パターン４を有し、且つその下面に気体を吹き出すエアエジェクタ５を有している。これら凹凸状のパターンは、ガスの通路や冷却流体の通路を主体とするものであり、上下金型の辺縁周囲が平面状となるように該金型の中央部に形成される。該パターン２，４は、それぞれ成型された燃料電池セパレータの各片面の中央部分について形成されている。尚、上金型１又は下金型３のいずれかのパターンが形成されていない金型、即ち一方の金型がフラットになっている金型を用いることもできる。この場合、成型された燃料電池セパレータは片面のみ凹凸状のパターンが形成されている。また、図示していないが、気体を吹き出すエアエジェクタを上金型１内に設置することもでき、その場合には該エアエジェクタが上記下金型３と同様に形成される。
【００１１】
前記エアエジェクタ５は、下金型３内部に装備され、燃料電池セパレータの成型時に燃料電池セパレータ用材料が下金型３内部に進入しないように該下金型の表面部に係止される先端部６と、該先端部が気体の圧力により上下に可動することができるように作用する本体部７とからなる。エアエジェクタ５としては、例えば図２に示すように先端部６が該本体部方向が幅の狭いテーパー状の形状で、燃料電池セパレータの成型時に下金型３に嵌合し、燃料電池セパレータの離型時に下金型３から上方にわずかに可動し、また該先端部に連結している本体部７が下金型３に係止しているバネ８で下方への応力を受けており、燃料電池セパレータの離型時に該本体部の後方からの気体の圧力により押し上げられて下金型３と該先端部との間隙から成型された燃料電池セパレータと下金型３との間に噴出した気体が充満することにより該燃料電池セパレータの剥離を容易にするものが上げられる。また、エアエジェクタ５の他の例としては、図３に示すように先端部６に連結した本体部７がＯ−リング９を有するピストン部材１０からなり、該ピストン部材の下方と上方とが気密となっており、上方に狭い開口部を有する下金型３の該開口部に該本体部の後方から気体を加圧することにより該先端部を当接して燃料電池セパレータを成型し、成型後該ピストン部材の上部に気体を吹き込むことにより該先端部が押し下げられ、生じた下金型３と該先端部との間隙から気体が噴出するようなものも使用することができる。
かかるエアエジェクタは、下金型３に少なくとも２個、好ましくは４個設けられ、その先端部が通常円形であり、角状であってもよい。また、エアエジェクタ５の下金型３での位置は特に制限されないが、例えば下金型３の隅部であってもよく、好ましくは成型された燃料電池セパレータの開口部相当部分（成型直後には開口部分が存在し、金型から燃料電池セパレータを取り出した後に切除される部分）になる該下金型の位置である。尚、エアエジェクタが上金型１に設置される場合には、エアエジェクタ５の位置は下金型３と同様な位置となるのが好ましい。
【００１２】
上記エアエジェクタ５から噴出される気体は、特に限定されないが、通常は空気であり、金型の温度の低下を少なくするために加熱されているのが好ましい。また、その噴出圧力は好ましくは１０〜１０００ｋＰａ、より好ましくは１００〜５００ｋＰａ程度である。
【００１３】
本発明の好ましい燃料電池セパレータ装置としては、図１に示すように上下の金型１，３の他に、吸着装置１１を設けているものが挙げられる。かかる吸着装置１１は、図６に示すように、燃料電池セパレータ１４の少なくとも２つの隅部１７の表面に吸着する吸着部材１３を有している。かかる吸着部材は好ましくは４個あり、吸着装置１１の本体に接続され、その中央部に気体を吸引する孔１９が形成されている。吸着部材１３は、必ずしも燃料電池セパレータ１４の隅部１７の表面に接合されなくてもよく、吸引した場合に歪みを生じなければ凹凸のパターン部位以外の該セパレータの平面部に接合することができる。しかし、取り出される燃料電池セパレータの歪みを少なくするためには、該吸着部材は、燃料電池セパレータ１４の少なくとも２つ、好ましくは４つの隅部１７の表面に接合されるのが好ましい。
【００１４】
図４は図５に示す代表的な燃料電池セパレータ１４の隅部１７の表面に吸着装置１１の吸着部材１３が吸引により吸着している状態図である。吸着部材１３がその素材に基づく適度な曲げ強度を有していることにより燃料電池セパレータ１４の隅部１７に効果的に吸着することができる。
【００１５】
本発明では、図７に示すように吸着装置１１の吸着面がエラストマー材料からなるシート層１８からなるものが好ましく、必ずしも該吸着面の隅部でなくともよいが、好ましくは該隅部に気体吸引孔１９を有する吸着装置１１も使用することができる。尚、かかる吸着装置よりも、前記する吸着部材１３を有する吸着装置１１の方が燃料電池セパレータ１４への吸着効率が高いことから好ましい。
【００１６】
吸着装置１１の吸着面、即ち吸着部材１３及びシート層１８が成型された燃料電池セパレータへの良好な吸着性を達成するためには、吸着部材１３は好ましくは曲げ弾性率１０〜１０００ＭＰａ、より好ましくは曲げ弾性率１０〜５００ＭＰａである。
この吸着面の素材としては、特に限定されるものではないが、合成ゴム、天然ゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ポリ塩化ビニルエラストマー及びポリウレタンエラストマー等のエラストマーが挙げられる。更に好適には耐熱性の面からフッ素ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。
【００１７】
吸着装置１１はプレス装置等の固定された部分に支持され、図示していない駆動装置によって図１の左右方向と、上下方向とに移動できる。かかる吸着装置１１の大きさは、下金型３の枠内に収まる必要がある。また、この吸着装置１１の下面に設置されている吸着部材１３及びシート層１８に形成された気体吸引孔１９が図示しない吸引ポンプ等に接続することで、吸着装置１１はその下面に接触している燃料電池セパレータを吸着することができる。尚、本発明の製造装置では、下金型３の凹凸状のパターンの周辺部に圧縮空気等の圧力の加わった気体を吹き付ける気体吹き出しノズルを設置することができる。
【００１８】
次いで、本発明の燃料電池セパレータの製造法について述べる。
まず、図１に於いて、吸引装置１０を上下金型の間から移動させ、上金型１と下金型３との間を開き、下金型３上に燃料電池セパレータ１４の原料を投入する。かかる原料としては、例えば、平均粒径１０〜１０００μｍの黒鉛に対し、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂を重量比で９５：５〜６０：４０の割合で混合し、造粒した燃料電池セパレータ用コンパウンドを使用することができる。また、かかるコンパウンドを予め予備成型したプリプレグも原料として使用することができる。
上記原料の充填後、上金型１を重ね、金型を温度１００〜３５０℃、成形圧力２〜１００ＭＰａで、５分程度保持し、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍ×３ｍｍの燃料電池セパレータ１４を成型する。
そして、上金型１を下金型３から離し、図２又は図３に示す下金型３のエアエジェクタ５から元圧１００〜１０００ｋＰａの圧縮気体（空気）を成型された燃料電池セパレータの下部に吹き込み、下金型３から該燃料電池セパレータを遊離させる。
その際燃料電池セパレータ１４は薄くて脆いものであるため、吹き出す気体の圧力を調整して破損しないようにする。
この後、図１に示すように、吸着装置１１を下金型３の上に移動し、燃料電池セパレータ１４の上に吸着部材１３を軽く接触させ、３０〜１０１．３ｋＰａの負圧で吸引して燃料電池セパレータ１４に吸引させる。その際、燃料電池セパレータ１４は下金型３から離れて吸着装置１１の吸着部材１３に吸い付く。この状態で吸着装置１１を上昇させ、さらに該吸引装置を他の場所に移動し、吸引を止めて成型した燃料電池セパレータ１４を収納する。
又、セパレータの形状や成型条件等により、型を開いたときに成型されたセパレータが上金型側に付いた状態で型開きされ、成形品が落下、損傷する場合がある。この現象を防止するため、上金型１にもエアエジェクタを設けた燃料電池セパレータの製造装置を用いるのが好ましい。即ち、型開きの数秒前から上金型１のエアエジェクタに脱型側のエアーを成型された燃料電池セパレータの上面に噴出させ、確実に成型品を下金型３に付かせた状態で型開きを行い、次いで上金型１を離した後、上記の様にして下金型３から燃料電池セパレータを取り出す。
【実施例】
【００１９】
図１の装置を用いて燃料電池セパレータを製造した。
黒鉛粉８０重量部にビニルエステル樹脂、硬化剤、増粘剤及び添加剤を合計２０重量部配合し、混合した。この混合物を常温の条件下で２４時間熟成して増粘させた。
得られた材料を１ｃｍの厚みの四角形形状にプリフォーム化し、図１に示す金型（２００×２００ｍｍ）の中央にセットし、型温度１４０℃、圧力３０ＭＰａの条件下で５分間加圧した。
金型を開いた後、図２の下金型３のエアエジェクタ５から成形品の下部に圧力３００ｋＰａでエアーを噴出したところ成形品が浮き上がり、成形品が下型から離れた。この後、取り出し装置を用いて成形品を取り出した。
取り出しに用いた装置は、１９５×１９５ｍｍの吸着装置に直径１５ｍｍの吸着部材を４個付けた形状（図６参照）で、吸着剤には弾性率１００ＭＰａのフッ素ゴムの部材を用いた。この吸着部材に８５ｋＰａの負圧を作用させることにより、成形品を吸着させ、取り出した。
取り出し時には特に成形品の脱落等は発生せず、成形品にも割れ等の問題も発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の要部を示す模式図である。
【図２】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の下金型のエアエジェクタの一例を示す部分断面図であり、（ａ）が燃料電池セパレータの成型時の状態図で、（ｂ）が成型された燃料電池セパレータの離型時の状態図を示す。
【図３】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の下金型のエアエジェクタの一例を示す部分断面図であり、（ａ）が燃料電池セパレータの成型時の状態図で、（ｂ）が成型された燃料電池セパレータの離型時の状態図を示す。
【図４】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の吸引装置が成型した燃料電池セパレータを吸引した状態図である。
【図５】本発明で成型された燃料電池セパレータの一例を示す平面図である。
【図６】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の吸引装置の一例を示す平面図である。
【図７】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の吸引装置の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    上金型
２    上金型パターン
３    下金型
４    上金型パターン
５    エアエジェクタ
６    先端部
７    本体部
８    ばね
９    Ｏ−リング
１０    ピストン部材
１１    吸着装置
１２    アーム
１３    吸着部材
１４    燃料電池セパレータ
１５    凹部パターン
１６    開口部
１７    隅部
１８    シート層
１９    気体吸引孔
【図１】
2006012529.tif 000003
【図２】
2006012529.tif 000004
【図３】
2006012529.tif 000005
【図４】
2006012529.tif 000006
【図５】
2006012529.tif 000007
【図６】
2006012529.tif 000008
【図７】
2006012529.tif 000009